4.3 光的全反射 课件（21张PPT）

(共21张PPT)
第3节 光的全反射
观察下列光路图回答问题
水
玻璃
界面
法线
复习回顾
水
玻璃
界面
法线
全反射现象
海市蜃楼
沙漠蜃景
一、全反射及其产生条件
1.光疏介质和光密介质
任何介质的绝对折射率都 1，折射率越大，光在其中传播的速度就越小，两种介质相比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质.
大于
注意： “光密介质”和“光疏介质” 是相对而言的，对其界定是以折射率为依据的。
光由光密介质进入光疏介质时，如果入射角不断增大，使折射角增大到 90 时，会出现什么现象？
观察全反射现象
如图 让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
观察全反射现象
实验现象
随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐增大 ；
折射光线亮度逐渐减弱；
反射角逐渐增大；
反射光线亮度逐渐增强；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，所有光线全部反射。
1、全反射定义：当光从光密介质射入光疏介质时，入射角逐渐增大到某一角度，光线全部被反射回原光密介质的现象。
2、临界角概念：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于900角时的入射角叫做临界角。用C表示。
光由光疏介质射入光密介质时, 能否发生全反射？
思考
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：
临界角的正弦值：
思考与讨论：
由于不同介质的折射率不同，在光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角是不一样的。怎样计算光从折射率为 n 的某种介质射入空气（真空）发生全反射时的临界角 C ？计算时可以先考虑图 的情形：光以接近 90°的入射角从空气射入介质，求出这时的折射角。根据光路可逆的道理，也就知道光从介质射入空气时发生全反射的临界角了
不同介质的临界角
介 质 水 玻璃 金刚石
折射率n 1.33 1.5~1.9 n＝2.42
临界角C 48.8 ° 32 °~ 42 ° 24.4 °
沙漠蜃景
二、全反射现象
海市蜃楼
玻璃棱镜的截面为等腰直角三角形，当光从图中所示的方向射入玻璃时，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达 100%。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向。
全反射棱镜
全反射棱镜
全反射棱镜的特点
(1)当光 于它的一个界面射入后，会在其内部发生 (如图).全反射棱镜比平面镜的反射率高，几乎可达100%.
(2)反射面不必涂任何反光物质，反射失真小.
垂直
全反射
图
全反射棱镜——提高反射率
双筒望远镜中的全反射棱镜
例1　如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，
到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是(　　)
A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射
D.假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO
的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大
解析：三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折.在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，所以选项A对.假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此，光线cO不一定能发生全反射.所以选项B错，C对.假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对.本题选A、C、D.答案　ACD
例2　一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图为过轴线的截面图，调整入射角α，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为 ，求sin α的值.
图
解析　当光线在水面发生全反射时，有sin C＝当光线从左侧射入时，由折射定律有 ＝n联立以上两式，代入数据可得sin α＝
答案　
例3　空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示.方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜.下图给出了两棱镜的四种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是(　　)
解析　四个选项产生光路效果如下图：
由上图可知B项正确.
答案　B